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暖风渐起 电化学储能将提速发展

2017-06-05 17:59来源:平安证券作者:朱栋 皮秀 张龑关键词:储能储能系统电化学储能收藏点赞

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(2)锂离子电池

锂离子电池由正负电极、隔膜、电解质溶液组成。正极是锂金属氧化物如磷酸铁锂、锰酸锂等,负极是石墨、钛酸锂等,电解质溶液为锂盐的有机溶液。电池在充电时,锂离子从正极材料脱出,通过电解质溶液和隔膜迁移至负极并嵌入到负极材料中;放电时,锂离子从负极材料脱逸,再次通过电解质溶液与隔膜嵌入到正极,从而实现电能的存储与释放。目前,已获得规模示范应用的锂离子储能主流为采用磷酸铁锂为正极的能量型/功率型电池和采用钛酸锂为负极的功率型电池。

锂离子电池目前在储能领域应用最为广泛,其主要优点为:

能量/功率密度高,磷酸铁锂电池比能量约90Wh/kg~190Wh/kg;循环寿命较长,磷酸铁锂电池寿命可达3000次,钛酸锂电池寿命可达10000次;

关注度高,应用范围宽(分布式发电及微网、调频、可再生能源并网等),受益锂离子电池在新能源汽车领域的大规模应用,技术进步快,发展潜力大。

锂离子电池在大容量储能中应用还存在不足:

成本高。规模化锂电池的应用从原材料成本到加工生产成本都比较高,因而初始投资较大,其中电池材料占据电池成本的绝大部分,但近年呈现成本快速下降的趋势;

安全隐患。锂离子电池易在过充或内部发生短路时温度升高,严重时引起着火甚至爆炸。

(3)全钒液流电池

以具有流动性的电解质溶液作为活性物质,输出功率和储能容量相互独立,功率大小取决于电堆,容量大小取决于电解液容量,可通过増加电解液量或提高电解液浓度达到増加电池容量的目的。目前主要的液流电池包括铁铬电池、锌溴电池及全钒电池等,其中全钒液流电池发展较快。

全钒液流电池的主要优点包括:

功率与容量可以独立设计。在全钒液流电池系统中,由于电极板是电池发生电化学反应的场所,故单电池的功率主要取决于电极板的面积,増大电堆的数量和电极板的面积,即可増大电池系统的输出功率;电池的化学能主要存储在电解质溶液里,故电池系统的储能容量取决于电解液的浓度和体积,増大电解液的浓度和储液罐的容积,即可増大电池系统的储能容量。

循环寿命长。电池反应时只是钒离子在不同价态间转换,没有其他的物相变化,理论上可以对其进行任意程度的、无限多次的充放电,平均充放电循环达到13000次。

常温常压下工作,无潜在的爆炸或着火风险,安全性好。

但全钒液流电池能量密度和能量转换效率偏低,占地面积会相对较大,此外相对其他储能系统増加了管道、泵、阀等辅助部件,结构更为复杂,一定程度影响系统可靠性。

(4)钠硫电池

钠硫电池正负极活性物质分别是硫和熔融态金属钠,固体氧化铝陶瓷同时起电解质和隔膜的作用。放电时,金属钠在隔膜表面被氧化为钠离子,并通过电解质与正极的硫结合,还原为多硫化钠化合物,同时电子通过外电路回到正极,充电过程与之相反。

钠硫电池的主要特点为:

比能量大,理论能量密度可以达到750Wh/kg,实际200Wh/kg左右,可实现结构紧凑、占地面积小;

寿命相对较长,NGK宣称的放电深度90%时的循环次数可达4500次,寿命可达15年;

集装箱型设计,即插即用,减少安装周期和费用。

但是钠硫电池也存在不足:

电池短路时高温、熔融态的钠和硫会直接接触,放出大量的热,可能引起火灾、甚至爆炸,目前在钠硫电池市场占据垄断地位的日本NGK公司已先后发生过两次钠硫电池储能系统的火灾事故;

钠硫电池的工作温度在300°C~350°C之间,需要附加供热设备和保温设施。

(5)电化学储能适用性对比

根据各类电化学储能技术经济指标的差异,不同电化学储能技术在不同应用场景的适用性不同:

铅炭电池:成本相对便宜,产业链成熟,是预算不高或早期建设阶段的较优选择,是分布式发电及微电网、用户侧的备选技术之_;

锂离子电池:既可作削峰填谷这种能量型应用又可作调频这种功率型应用,应用范围最广,可作为集中式可再生能源并网、调频辅助服务、电力输配、分布式发电及微网、用户侧等领域的备选技术方案;

全钒液流电池:在存储容量和服役寿命方面有较强优势,可作为电网侧调峰、集中式可再生能源并网等领域的优先备选方案;

钠硫电池:在储存能量、能量密度和寿命方面均有较强竞争优势,可作为集中式可再生能源并网和电网侧调峰的备选技术,但技术和市场基本被日本NGK一家垄断,国内发展前景不明朗

原标题:暖风渐起 电化学储能将提速发展
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